ربات اسکلت خارجی در سال های اخیر توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب نموده است. آرزوی دیرینه محققان دست یابی به وسیله ای است که به صورت پوششی حول بدن انسان قرار گیرد و با عملگرهای قدرتمندش، توانایی او را چندین برابر کند. هماهنگی کامل حرکات ربات با بدن پیچیدگی اصلی تکنولوژی آن را شکل می دهد. روش کنترل امپدانس برای کنترل این نوع ربات مناسب است ولی بیان های موجود از کنترل امپدانس بیشتر مخصوص ربات های صنعتی است که تفاوت های مهمی با ربات مورد نظر دارد. در این مقاله بیانی از روش کنترل امپدانس متناسب با شرایط عملکرد ربات اسکلت خارجی معرفی می شود. به علاوه با توجه به متغیر بودن محموله ربات همچنین بروز خطا در اندازه گیری نیروی محل تماس بدن با ربات، برای اولین بار روشی تطبیقی برای کنترل امپدانس ربات اسکلت خارجی پیاده سازی می شود. شبیه سازی عملکرد این وسیله در تبعیت از حرکت راه رفتن کاربر حین حمل بار 50 کیلوگرمی و وجود عدم قطعیت در بار و نیروی تماسی، کارآیی بسیار خوب روش ارائه شده را نشان می دهد. به طوری که خطای پیروی ربات از حرکت مطلوب در طول زمان شبیه سازی تقریبا صفر است. همچنین گشتاورهای وارد بر اعضای پا و تنه کاربر ناچیز است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در سیستم تزریق سلولی که شاخه ای نوین در علم پزشکی است، سلول زنده را بر روی صفحه دوار سلولی چیده و با ابزار تزریق توسط سوزن ظریفی، ماده شیمیایی را به سلول تزریق می کنند. کنترل کننده به تنظیم ارتفاع، موقعیت و جهت صفحه دوار، می پردازد و ابزار تزریق بدون نیاز به سیستم کنترلی، یک مسیر معین را ردگیری می کند. جابجایی صفحه دوار به دلیل حساسیت بالای سلول، سبب آسیب یا مرگ تعدادی از سلول ها می گردد. پیشنهاد این مقاله به منظور افزایش میزان موفقیت و کاهش آسیب به سلول، ثابت کردن صفحه سلولی و جایگزینی ربات اسکارا با ابزار تزریق می باشد. در این حالت صفحه سلولی هیچ حرکتی ندارد و بازوی ربات، کنترل می شود. ربات اسکارا، توانایی همزمان ردگیری موقعیت مطلوب و اعمال نیروی متغیر با زمان، مناسب و بدون نویز را داراست. با مدل غیرخطی پیشنهادی محیط، پارامترهای مدل سلول تزریقی را تخمین زده و به کمک روش بازگشتی کمترین مربعات خطا، بهینه می گردد. تاکنون تمامی روش های سیستم تزریق سلولی، بر مبنای کنترل گشتاور بوده که سیستم کنترلی به دینامیک ربات و سلول وابسته بود. در این مقاله به اعمال کنترل امپدانس در حوزه ولتاژ پرداخته شده. این روش که به کنترل محرکه های ربات می پردازد، ساده تر است و به مدل دینامیکی پیچیده ربات و سلول تحت تزریق بستگی ندارد. طراحی کنترل کننده تطبیقی مقاوم در حضور اغتشاش خارجی و نامعینی های مدل محرکه ربات است، تا بر این چالش غلبه کند. تحلیل پایداری نشان می دهد که؛ سیستم ربات پایدار است. نتایج شبیه سازی ها، بیانگر کارایی مطلوب طرح رباتیکی شدن سیستم تزریق سلولی پیشنهادی می باشد.

حضور منابع تولید پراکنده اینورتری در سیستم های قدرت در مقابل مزایای متعدد آن، می تواند باعث ایجاد عدم هماهنگی در عملکرد سیستم حفاظتی گردد. در این مقاله یک راه کار مناسب، مستقل از تنظیمات رله ها، به منظور حل مشکلات حفاظتی ریزشبکه های جزیره ای اینورتری با آرایش حلقوی ارایه گردیده است. حضور منابع تولید پراکنده اینورتری، تغییر جهت و دامنه ی جریان خطا در سطح ریزشبکه را موجب می شود. این مساله در ریزشبکه ها با آرایش حلقوی بیشتر به چشم می خورد. بنابراین طرح های حفاظتی متداول که یک مسیر واحد و یک سطح جریان خطای بالا را در مقایسه با جریان بار در نظر می گیرند، ممکن است دچار مشکل شوند. یک عامل مهم برای طراحی مناسب یک سیستم حفاظتی برای ریزشبکه ها، سهم جریان خطای تزریقی منابع اینورتری است. در این مقاله استراتژی حفاظت بر مبنای کنترل اینورتر منابع ارایه می گردد و از رله های اضافه جریان معمولی با منحنی مشخصه ی یکسان استفاده شده است. هنگامی که یک خطای اتصال کوتاه در ریزشبکه رخ دهد، یک استراتژی محدود کننده جریان وفقی با استفاده از حلقه امپدانس مجازی اعمال می-گردد. در این حالت سهم جریان خطای هر منبع با توجه به موقعیت خطا کنترل می شود و منابع نزدیکتر به خطا جریان خطای بزرگتری تولید می کنند. بنابراین جریان عبوری از تجهیزات حفاظتی نزدیکتر به خطا بیشتر از سایر تجهیزات موجود در ریزشبکه می شود و بدون نیاز به برقراری ارتباط بین تجهیزات حفاظتی هماهنگی حفاظتی تضمین می شود.

از جمله ویژگی های انگشتان انسان نرم بودن نوک انگشتان است که در مساله گیرش به ویژه گیرش یک شیء همگن الاستیک منجر به برقراری غلتش ناب می شود و این به خودی خود گیرشی پایدار را به همراه خواهد داشت. در این راستا این مقاله فرآیند گیرش یک شیء نرم نظیر یک توپ کروی همگن الاستیک توسط یک جفت انگشتان موازی با نوک نرم نیمکره ای را مورد بررسی قرار می دهد. در این مقاله پس از مدل کردن سیستم و استخراج معادلات سینماتیکی و دینامیکی آن، روش کنترلی امپدانس بر پایه کنترل موقعیت برای کنترل این سیستم در نظرگرفته می شود. به منظور پیاده سازی کنترلر و اعتبار سنجی آن، مدلی از این سیستم در نرم افزار آدامز شبیه سازی می شود. این نرم افزار نیز پس از تعامل با نرم افزار سیمولینک به عنوان بخشی از سیستم کنترلی قرار می گیرد و مساله گیرش به صورت به هنگام شبیه سازی و کنترل می شود. نتایج حاصل از پیاده سازی نشان از توانایی این کنترلر در ردگیری مناسب انگشتان رباتیکی تا قبل از گیرش و تضمین پایداری گیرش به هنگام گیرش یک توپ همگن الاستیک دارد.

کنترلر امپدانسی دارای این قابلیت است که بدون تغییر مود کنترلی بین کنترل موقعیت و کنترل نیرو، رفتار روبات را حتی در صورت برخورد با محیط به نظم می آورد. در این مقاله به تکمیل فرمولاسیون الگوریتم کنترلی امپدانس چند گانه MIC، به منظور کنترل نیروی اعمالی بر محیط پیرامون، ضمن متابعت رفتار تمامی روبات های به کار گرفته شده و نیز جسم جابجا شونده مطابق رفتار امپدانسی طراحی شده می پردازیم. با بکارگیری الگوریتم MIC به صورت تکمیل یافته حاضر، علاوه بر خصوصیات اولیه، اعمال نیرو بر محیط به هر میزان مطلوب و با هر گونه پروفیل تغییرات، امکان پذیر می گردد. سپس قابلیتهای دفع اغتشاشات محیط توسط این الگوریتم مورد بررسی قرار می گیرد. شبیه سازی یک مجموعه شامل دو روبات در جابجایی یک جسم با در نظر گرفتن اغتشاشات مختلف محیطی بر روی جسم و نیز بازوهای عامل ارایه گشته و نتایج حاصله مورد بحث قرار می گیرد. نتایج بدست آمده در مجموعه ای از شبیه سازیها بیانگر این موضوع است که در روابط کنترل امپدانس چندگانه، تشخیص نقش مهم جرم مطلوب در مهار اغتشاش جدی می باشد. این نتیجه، برای اعمال کنترل امپدانس چندگانه، در محیط هایی که احتمال وجود اغتشاش زیاد می باشد، راهبردی مهم است. مجموعه این بررسی ها، موید قابلیتهای برجسته الگوریتم کنترلی امپدانس چندگانه در کنترل حرکت یک یا چند روبات در حضور مجموعه اغتشاشات اعمالی از محیط به مجموعه روباتیک می باشد که مشترکا جسمی را جابجا می کنند.

روبات های متحرک که دارای چندین بازوی عامل نصب شده بر روی پایه ای جابجا شونده می باشند، امروزه کاربردهای فراوانی نظیر انجام ماموریتهای فضایی، امدادرسانی، پرستاری، کتابداری، انبارداری و ... یافته اند. برای فراهم آوردن امکان اعمال قوانین کنترلی وابسته به مدل دینامیکی، در این مقاله ابتدا به استخراج معادلات صریح دینامیکی چنین سیستمهایی پرداخته می شود. بدین منظور، پس از مرور این روند در حرکت بدون قید، با اعمال قید غیرهولونومیک عدم لغزش به پایه یک روبات متحرک در صفحه با دو چرخ محرک دیفرانسیلی که دارای دو بازوی عامل دو درجه آزادی می باشد، معادلات صریح دینامیکی سیستم به دست می آید. در ادامه با استفاده از روش مکمل متعامد طبیعی2، ضریب لاگرانژ متناظر با قید مزبور از معادلات سیستم حذف و معادلات مستقل حرکت استخراج می شود. سپس ضمن طراحی مسیر مناسب حرکت، قانون کنترلی امپدانس چندگانه(MIC) ، بر سیستم مذکور در فضای کاری روبات اعمال می گردد. نتایج به دست آمده در مجموعه ای از شبیه سازیها برای جابجایی یک جسم بیانگر این موضوع است که قانون کنترل امپدانس چندگانه بخوبی از عهده کنترل جابجایی جسم، چه در حرکت آزاد و چه در صورت بروز برخورد آن با موانع محیطی بر می آید.

این پژوهش با استفاده از کنترل امپدانس یک ربات شش درجه آزادی برای کودکان معلول انگیزه ای ایجاد می کند تا در خلال تمرین های خسته کننده فیزیوتراپی به رسم اشکال هندسی در فضای کاری ربات بپردازند. این روش کنترلی به آنها کمک می کند تا در انجام حرکت های مورد نظر به میزان نیاز از ربات کمک بگیرند و همزمان، میزان کمک ربات با بهبود شرایط جسمی شان کاهش پیدا کند. پس از تحلیلی جامع بر سینماتیک این ربات که سه درجه ابتدایی آن دارای عملگر فعال و بقیه بصورت غیرفعال امکان حرکت دارند، به منظور ارزیابی عملکرد کنترلر، سناریوهای مختلفی آزمایش و نتایج بدست آمده با دیگر سیستم های رباتیکی مقایسه شده است. مسیرهای مطلوب با خطای میانگین یک سانتیمتر در فضا رسم شده اند.